如何在不使用单片机的情况下制作直线跟随机器人

直线跟随机器人(Line follower Robot， LFR)是一种跟随一条线的机器，它可以是一条黑线，也可以是一条白线。下面的行bot是初学者友好和有趣的理解和构建。虽然Line follower bots很受欢迎，并且通常使用Arduino或其他微控制器构建，但让我们尝试在没有微控制器的情况下构建相同的机器人，并实际了解其工作背后的逻辑，以及使用基本的电子产品来设计逻辑电路。顾名思义，机器人基本上是沿着一条线走，但可以建立更高级的版本，比如，我们可以让机器人跟踪这条线，找到起点和终点之间的短距离，或者让机器人解决迷宫的线，等等。让我们在这里尝试一个简单的基本行。该机器人基本上由一对红外传感器组成，用于检测线路，两个电机用于控制运动和方向。

所需的组件在建设线跟随Bot

•红外发光二极管，发射器和接收器(2对)

•电阻100k， 220欧姆，1k(各2个)

•发光二极管

•预置(可变电阻)(10k) (2)

•LM358集成电路

•L293D集成电路

•BO电机及车轮(2)

•头针

•穿孔板

•电线

•底盘

•9V电池(附电池夹)(2)

理解行跟随Bot的工作原理

通过比较器电路的工作和L293D电机驱动器的工作相结合，得到了简单的工作逻辑。红外传感器输出到LM358比较器IC。当红外led检测到它前面的一些物体(或者在我们的情况下，检测到白光)时，IC提供高输出。然后比较器IC给出高输出(VCC)。这被用作决定是否驱动电机的输入信号。由于每个红外传感器与每个电机相关联，我们可以通过驱动两个电机来运行电机，我们可以通过一次只驱动一个电机来转弯。

了解红外传感器的工作原理

红外传感器是机器人能够跟随线路的原因。你也可以使用红外传感器模块，但在这里我们已经建立了红外传感器。一旦您了解它的工作原理，构建红外传感器就很简单。红外传感器主要由红外发送器(红外LED)和红外接收器(光电二极管)组成。有时，红外LED和光电二极管一起被称为光耦合器或光电耦合器。红外发射LED，顾名思义，发射红外光。根据波长、输出功率和响应时间的不同，红外发射机可以分为不同的类型。与此类似，根据波长、电压、封装和其他因素，有各种各样的红外接收器。在红外发射-接收组合中使用时，接收器的波长应与发射器的波长相匹配。红外发射和接收led的照片如下所示。

当红外LED发射红外线时，如果有任何物体阻挡了红外线，物体的表面就会反射红外线，而红外光电二极管对这些射线很敏感。红外光电二极管接收这些反射的红外射线，因此，电阻和输出电压相应变化。利用这种输出电压(或光电二极管的电阻)的变化，我们可以构建逻辑电路。这就是红外传感器的基本工作原理;我们将使用它来检测线路的存在。现在，当白色表面存在时，红外线会被反射，但黑色表面会吸收。因此，我们将能够检测到黑线存在的位置，并且我们可以构建一个逻辑电路来跟踪这条线。红外发射器和接收器的工作原理如图所示。

(提示：要检查红外发射机是否在发射，可以用相机(手机相机也可以)查看红外发射机。你会在红外LED的中心看到紫色的光。)

L293D电机驱动IC的工作原理

L293D是一个电机驱动IC，用于驱动电机(也就是机器人的轮子)。如L293D IC的引脚所示，它可以控制两台电机。它可以根据提供给电机的电流改变电机的速度;它可以根据输入控制电机的方向;它也可以启动或停止电机。

构建无微控制器的直线跟随机器人电路图

使用L293D和IR传感器的Line Follower机器人的完整原理图如下：

正如您所看到的，我们将黑线跟随机器人电路分为三个部分，其中两个部分用于构建红外传感器，一个用于使用L293D电机驱动器IC构建控制器电路。

用LM358构建红外传感器

LM358的引脚和红外传感器的电路连接如下图所示。我们使用一个LM358集成电路来控制两个红外传感器。LM358上电使用VCC和GND引脚，分别为8和4。LM358是一个运算放大器比较器IC，提供高输出(VCC，在我们的情况下，9V)。光电二极管反向偏置，分压器使用100k电阻创建，并作为输入馈送到反相终端。另一个分压器是使用10k预设创建的，并作为输入给一个非反相引脚，引脚3的比较器。红外LED通过使用VCC和GND正向偏置供电。引脚1是输出，因此我们将LED与限流电阻连接，并从这里将传感器的输出作为电机驱动器的输入。

综上所述，我们知道光电二极管的电压和电阻是根据表面是黑色还是白色而变化的。该电压用于与预置的参考电压进行比较，以给出高电压或低电压。使用LED指示输出。

L293D电机控制器电路

引脚4、5、13和12短路并连接到地。引脚16是VCC引脚。这两个引脚为IC供电。引脚8是VCC，电机运行的电压，应该在这里给出。由于我们使用的是9V电池，因此我们将缩短VCC引脚(引脚8和引脚16)并直接将其提供给9V。引脚1和引脚9为各自电机的使能引脚;对于我们的连接，我们需要电机在从红外传感器获得输入后立即运行，因此我们将使能引脚连接到高电平(用VCC短接)。引脚3和6应该去一个电机和引脚14和11应该去另一个电机。现在，我们有两个引脚用于传感器输出。这是用来运行电机在一个向前或反向的方向。由于我们的机器人将只向前移动，我们可以将引脚7和10连接到地面，并将红外传感器输出到引脚2和4。

综上所述，当红外传感器有高输入时，机器人会向前移动。当机器人下面有一个白色的表面时，红外传感器给出高输出，因此电机向前转。如果两个红外传感器都遇到黑色表面，它给出低输出，因此电机不会运行。此时，机器人停止前进。但是如果只有一个红外传感器穿过黑色表面，该传感器输出较低，而另一个红外传感器，将在白色表面将给出高输出，因此侧电机仍将转动，因此机器人进行转弯。

装配直线跟随机器人

一旦我们理解了所有组件的连接，我们就可以开始组装我们的跟随线机器人。为了制造这个机器人，首先，我们需要一个机器人的底盘。这里我们使用了一个简单的现成的机器人底盘。然后，我们在一些热熔胶的帮助下，将带有IR电路和控制器电路的BO电机放置到底盘上，如下图所示。

为了给机器人供电，锂离子电池(如18650)和升压转换器(将3.7V转换为5V)是首选，因为简单的9V电池无法运行机器人。但是使用18650时，还需要包括充电电路，这使得电路有点复杂。因此，我们在这里使用两个9V电池并联组合。单个9V电池不会输出足够的功率来驱动电机和红外电路;因此，必须使用并行组合。L293D和IC 358都可以接受高达9V的输入电压，因此在这里使用它。如果电路使用高于9V的电源，请检查L293D和IC 358的输入电压数据表(因为更高的电压可能会损坏IC)。

测试及校正

我们已经组装好了机器人，因为它不需要任何代码，所以是时候看看它的实际效果了。为此，我们所需要做的就是将机器人放在黑线的上方，并观察它的动作。

设计无单片机随行机器人的优点

•我们学习设计基本的逻辑电路，它使我们了解微控制器逻辑的工作原理。

•我们构建了红外传感器，并了解了它的工作原理。

•没有微控制器，降低了整个项目的成本。

•不需要编程，因为没有微控制器。

•电路很简单，有助于加强基本的电子概念。

无单片机的随行机器人设计的局限性

•机器人不能做90度转弯。

•机器人运行在抽搐运动而不是平稳运动(这可以使用PID控制器与微控制器一起固定)。

•当两个传感器检测到黑线时，机器人停止移动。

本文编译自circuitdigest